寒地盐碱化土壤对水稻生长和产量的影响.pdf

试验研究 2023.8土壤盐碱化是在特定气候尧地形尧水文尧地质及土壤等自然因素综合作用下袁 以及人为引水灌溉中的不当操作引起土壤盐化与碱化的土地质量退化过程遥 盐碱地在世界范围内分布十分广泛袁遍及除南极洲以外的五大洲1遥 联合国粮农组织的资料表明袁其总面积约 9.5伊108hm2袁 占地球陆地面积的 7.26%袁其中我国约有 9.9伊107hm2遥 值得关注的是袁我国东北松嫩平原的盐碱土壤面积从 1950 年的约 2.4伊106hm2已经变为 2016 年的约 3.9伊106hm2袁增长近 62.5%遥目前黑龙江省盐碱地约 1.02伊106hm2袁 分布在大小共17 个县(市)袁其中袁盐碱耕地约占 1.34伊105hm2遥土壤盐碱化及次生盐碱化现象日趋加重袁 已经成为严重的环境问题之一遥 盐碱化又是一个动态现象和过程袁因此如何及时掌握有关盐碱地的性质尧范围尧盐碱化程度等方面的信息袁及时采取应对措施袁对治理盐碱地尧保护生态环境尧促进经济发展和进行农业可持续发展规划至关重要遥 2022 年中央一号文件叶中共中央 国务院关于做好 2022 年全面推进乡村振兴重点工作的意见曳2中提出袁积极挖掘潜力增加耕地袁 支持将符合条件的盐碱地等后备资源适度有序开发为耕地遥研究制定盐碱地综合利用规划和实施方案遥 分类改造盐碱地袁 推动由主要治理盐碱地适应作物向更多选育耐盐碱植物适应盐碱地转变遥 因此袁研究寒地盐碱化土壤对水稻生长和产量的影响袁 从而发掘和利用现有种质资源袁 在盐碱条件下进行试验鉴定筛选袁创制目标性状突出尧综合性状优良的育种新材料袁开展耐盐碱水稻种质资源创新及新品系选育袁对基金项目院黑龙江省省属科研院所科研业务费项目渊CZKYF2021-2-A002冤遥作者介绍院张效霏渊1979-冤袁女袁硕士袁助理研究员袁从事作物模型数据的统计分析工作遥 E-mail院通讯作者院来永才渊1964-冤袁男袁博士袁研究员袁从事现代农业制度尧耕作栽培及农业资源利用研究遥E-mail院寒地盐碱化土壤对水稻生长和产量的影响张效霏1郑妍妍1刘凯2徐振华3于艳敏3张书利3张海峰1张有智1毕洪文1来永才2渊1.黑龙江省农业科学院农业遥感与信息研究所黑龙江哈尔滨 150086曰2.黑龙江省农业科学院黑龙江哈尔滨 150086曰3.黑龙江省农业科学院生物技术研究所黑龙江哈尔滨 150086冤摘要院为明确寒地盐碱化土壤对黑龙江省南部地区水稻生长和产量的影响袁选择了 10 个水稻品系作为试验材料袁于 4 月 20 日播种袁对其关键生育时期尧农艺性状生长期指标和农艺性状成熟期指标进行统计遥 结果表明袁从不同角度比较分析轻尧中尧重 猿 种不同的土壤碱化度渊pH 分别为 8.97尧9.58尧9.94冤下各个品系生育期的变化情况袁得出品系 6 的平均生育期最短袁为 130 d袁属于中早熟袁品系 2的平均生育期最长袁为 148 d袁属于晚熟曰10 个品系在轻度盐碱地中的平均生育期最短袁在重度盐碱地中的平均生育期最长遥 分析了分蘖期和齐穗期的株高及叶绿素值的变化关系袁以及每平方米穗数尧有效分蘖数与产量的相关系数渊 分别为 0.54 和 0.67冤遥 由结果可知袁品系 3 和品系 5 在重度碱化度下产量排在前 圆 位袁耐盐碱性较强遥 分别建立了有效分蘖数与产量之间的回归模型袁该模型结果可为寒地盐碱地不同品系水稻的产量估算提供研究基础袁同时为筛选和选育适合盐碱地土壤种植的水稻品系提供依据遥关键词院水稻曰盐碱化曰有效分蘖数曰产量曰回归模型69-2023.8 试验研究盐碱地的开发和利用具有一定的指导和借鉴意义遥1材料与方法1.1试验材料本研究的观察试验于 2022 年在国家耐盐碱水稻技术创新中心东北分中心五常试验站展开遥 选择10 个有代表性的水稻品系作为试验材料袁 由黑龙江省农业科学院生物技术研究所提供遥 供试的土壤按照碱化度分为轻度渊pH 8.97冤尧中度渊pH 9.58冤和重度渊pH 9.94冤3 个部分袁土壤指标检测值见表 1遥1.2试验地概况试验地位于黑龙江省南部的五常市袁 地处北纬44毅4忆尧东经 126毅33忆袁属中温带大陆性季风气候遥 年平均气温为 3.5益袁 7 月气温较高袁 平均为 23益袁 最高达 35.6益袁1 月气温较低袁 月平均为-19.1益袁 最低达-45.4益遥年日照时数 2 629 h遥年均降水量约 625 mm袁夏季降水量约占全年降水量的 70%袁逸10益活动积温为 2 500益 窑 d袁全年无霜期 130 d遥经统计袁2022 年 4-9 月试验地最高气温 32益袁分别出现在 7 月 27 日和 7 月 28 日袁 最低气温为 0益袁出现在 4 月 28 日曰白天晴天数 33 d渊占比 22%冤尧雨天数 75 d 渊占比 50%冤袁 多云尧 阴天数 41 d 渊占比28%冤曰夜间晴天数 29 d渊占比 19%冤尧雨天数 49 d渊占比 33%冤袁 多云尧阴天数 71 d渊占比 48%冤曰风力 12级有 67 d渊占比 45%冤尧34 级有 78 d渊占比 52%冤尧45 级有 4 d 渊占比 3%冤曰4原9 月各月日照时数分别为221.6 h尧251.2 h尧208.1 h尧182.0 h尧182.6 h 和 175.5h曰逸10益的积温 3 558益遥1.3试验方法采用小区试验袁分轻度渊pH 8.97冤尧中度渊pH 9.58冤和重度渊pH 9.94冤3 个盐碱度的小区进行处理袁面积均为 5 m伊5 m袁 每个处理 3 次重复袁 随机区组排列袁插秧规格为 30.0 cm伊13.3 cm袁每穴插 3 株遥 10 个试验品系均在 4 月 12 日浸种尧4 月 20 日播种 渊规格为200 g/m2冤尧6 月 1 日插秧遥水肥管理措施完全相同袁保证品系不受病虫害和洪涝旱情影响遥1.4指标测定调查与观测分别记录 10 个品系在 猿 种不同盐碱化条件下的如下指标院关键生育时期指标袁主要包括播种日期尧插秧日期尧返青期尧分蘖期尧始穗期渊20%的植株抽穗冤尧 抽穗期 渊50%的植株抽穗冤尧 齐穗期渊80%的植株抽穗冤和成熟期曰农艺性状生长期指标主要包括 3 次以上的分蘖动态尧 分蘖期和齐穗期渊80%的植株抽穗冤的株高及叶绿素渊SPAD冤曰农艺性状成熟期指标主要包括每平方米穗数尧有效分蘖数尧每穗粒数尧穗长尧千粒重尧结实率及产量遥每个水稻品系在分蘖期过后袁采用五点取样法袁每 8 d 取 员 次样袁每个小区取 5 穴袁用 105益烘箱法3袁将试样放入 105益烘箱内烘 3 h 后取出袁置于干燥器内冷却至室温袁取出称量后袁再按以上方法进行复烘袁烘至恒重袁测地上部干重遥 10 个品系相继在 8 月25 日至 9 月 15 日之间成熟袁 成熟期每个小区取 10穴在室内考种遥1.5数据分析试验数据采用软件 SAS 9.4 进行指标的数理统计和差异分析袁图表用 Excel 进行制作和分析遥2结果与分析同一品系水稻在土壤不同碱化度下及不同品系水稻在同一土壤碱化度下袁由于耐盐碱特性不同袁分蘖高峰期尧分蘖数量尧抽穗期尧株高尧叶绿素值尧有效分蘖数尧结实率和穗粒数等指标都会存在差异袁从而影响水稻最终的产量4-5遥2.1关键生育时期指标比较分析通过 10 个品系的播种日期和成熟期袁分别统计出它们在 3 种不同碱化度土壤下的生育期渊表 2冤遥从两个不同角度进行比较袁品系 6 和品系 10 在 3 个不同盐碱地的平均生育期相对短袁约为 130 d袁品系 2 的平均生育期最长袁为 148 d遥在轻度盐碱地中的 10 个品系的平均生育期最短袁约为 135 d曰在重度盐碱地中的 10 个品系的平均生育周期最长袁约为 139 d遥按照黑龙江水稻品系熟期的划分袁 生育周期在表 1试验地基础土壤检测指标值土壤碱化程度pH全盐量渊g/kg冤碱化度渊%冤有机质渊%冤水溶性钠渊mg/kg冤水溶性镁渊mg/kg冤碳酸根渊mg/kg冤碳酸氢根渊mg/kg冤轻度8.970.2313.163.1园510.2432.019.751 328.28中度9.580.3722.751.88679.95121.9652.652 168.86重度9.940.4631.811.8园805.26138.61118.952 803.2670-试验研究 2023.8图 2猿 种土壤碱化度下 10 个品系齐穗期株高对比图 1猿 种土壤碱化度下 10 个品系分蘖期株高对比注院野*冶表示中早熟曰野*冶表示晚熟遥表 210 个品系在 猿 种土壤碱化度下的生育期渊单位院d冤编号轻度碱化渊pH 8.97冤生育期中度碱化渊pH 9.58冤生育期重度碱化渊pH 9.94冤生育期均值品系 1143*143*144*143.3品系 2146*148*149*147.7品系 3130*133137*133.3品系 4138*138*140*138.7品系 5135135135135.0品系 6128*129133130.0品系 7133133133133.0品系 8137*137*146*140.0品系 9135135135135.0品系 10128*131133130.7均值135.3136.2138.5图 3猿 种土壤碱化度下 10 个品系分蘖期叶绿素值渊SPAD冤对比128 d 以下的为早熟品系曰生育周期 128130 d 的为中早熟品系曰生育周期 130133 d 的为中熟品系曰生育周期 133135 d 的为中晚熟品系曰生育周期在 135 d以上的为晚熟品系遥 由表 圆 可知袁品系 1尧品系 2尧品系 4 和品系 8 在 3 种盐碱度下均晚熟袁 只有在轻度地中品系 3尧品系 6 和品系 10 才出现中早熟现象遥2.2农艺性状生长期指标比较分析将 10 个品系的分蘖期株高尧齐穗期株高尧分蘖期叶绿素值及齐穗期叶绿素值分别在 猿 种不同土壤碱化度下比较可知袁品系 1尧品系 4尧和品系 8 在轻度和中度的盐碱条件下分蘖期株高相当渊图 1冤曰品系 1尧品系 2尧品系 4 和品系 9 在轻度和中度的盐碱条件下齐穗期株高相当渊图 2冤曰品系 1尧品系 2 和品系 3 在猿 种不同土壤碱化度下分蘖期叶绿素值相当渊图 3冤曰品系 3 和品系 8 在 猿 种不同土壤碱化度下齐穗期渊80%冤叶绿素值相当渊图 4冤遥2.3农艺性状成熟期指标比较分析10 个品系在 3 个不同盐碱地中成熟期平均有效分蘖数随盐碱性增强而减少遥 同样成熟期的平均结实率也随着盐碱性的增强而降低渊表 3尧表 4尧图 5尧图 6冤遥成熟期结实率本身受到物粒比的制约袁对产量尧收获指数的影响较大6遥由成熟期产量的统计结果渊表 5冤可知袁成熟期的71-2023.8 试验研究图 4猿 种土壤碱化度下 10 个品系齐穗期叶绿素值渊SPAD冤对比图 53 种不同土壤碱化度下成熟期平均有效分蘖数对比平均产量随着盐碱性的增强而降低袁对比情况见图 7袁轻度盐碱化条件下的平均产量比重度盐碱化的高237.5%遥 由图 8 可知袁品系 3 在 猿 种不同土壤碱化度下袁成熟期的产量变化幅度最小遥表 3猿 种土壤碱化度下 员园 个品系成熟期平均有效分蘖数渊单位院个/m2冤土壤碱化程度最大值最小值均值标准偏差均值依标准偏差标准误差轻度渊pH 8.97冤11.3园3.006.843.296.84依3.291.04中度渊pH 9.58冤13.003.105.273.105.27依3.100.98重度渊pH 9.94冤5.701.803.361.473.36依1.470.46表 4猿 种土壤碱化度下 员园 个品系成熟期平均结实率渊单位院%冤土壤碱化程度最大值最小值均值标准偏差均值依标准偏差标准误差轻度渊pH 8.97冤97.9园88.8094.072.8794.07依2.870.91中度渊pH 9.58冤97.0061.7091.1110.5291.11依10.523.33重度渊pH 9.94冤96.6063.8086.0211.6186.02依11.613.67表 5猿 种土壤碱化度下 员园 个品系成熟期产量渊单位院kg/hm2冤土壤碱化程度最大值最小值均值标准偏差均值依标准偏差标准误差轻度渊pH 8.97冤10 836.003 110.506 299.332 768.826 299.33依2 768.82875.58中度渊pH 9.58冤7 652.401 710.404 486.151 987.914 486.15依1 987.91628.63重度渊pH 9.94冤3 928.50795.601 866.39974.481 866.39依974.48308.16图 6猿 种不同土壤碱化度下成熟期平均结实率对比图 7 3 种不同土壤碱化度下成熟期平均产量对比72-试验研究 2023.8图 11pH 9.94 的土壤碱化度下有效分蘖数和对应产量的三次多项式回归关系图 83 种不同土壤碱化度下 10 个品系的成熟期产量对比图 9pH 8.97 的土壤碱化度下有效分蘖数和对应产量的线性回归关系图 10pH 9.58 的土壤碱化度下有效分蘖数和对应产量的线性回归关系在 pH 8.97 的土壤碱化度下袁 用统计软件求得10 个品系各成熟期指标间的相关矩阵袁 得出有效分蘖数和对应的产量之间有较强的线性关系渊图 9冤袁其相关系数=0.811 8*袁 所建立的线性回归关系模型为=683.65+1 623.2袁决定系数2=0.659袁其中自变量代表有效分蘖数袁 代表成熟期水稻产量遥在 pH 9.58 的土壤碱化度下袁 对 10 个品系的有效分蘖数和对应的产量进行统计分析袁 得出二者有较强的线性关系渊图 10冤袁其相关系数=0.76*袁所建立的线性回归关系模型为=485.25+1928.9袁决定系数2=0.574袁 其中自变量代表有效分蘖数袁 代表成熟期水稻产量遥在 pH 9.94 的土壤碱化度下袁 对 10 个品系的有效分蘖数和对应的产量进行统计分析袁 得出二者有较强的线性关系袁其相关系数=0.86*遥 建立三次多项式回归关系模型为=-196.193+1 726.72-3 869.7+3 529.2袁决定系数2=0.692 9袁其中自变量代表有效分蘖数袁 代表成熟期水稻产量渊图 11冤遥3讨论与结论对关键生育时期指标进行分析袁计算 10 个品系分别在 3 种不同碱化度土壤条件下的生育期袁 比较发现袁盐碱度对不同品系生育期的影响不同遥 其中品系 6 在轻度尧 中度和重度盐碱化地中的生育期均最短袁天数分别是 128 d尧129 d 和 133 d袁属于中早熟品种曰品系 2 在轻度尧中度和重度盐碱化地中的生育期均最长袁天数分别为 146 d尧148 d 和 149 d袁属于晚熟品种遥 有研究表明7-8盐碱地能够减少产量及生物量袁早熟品种容易发生早衰袁不适宜在盐碱地种植遥 但是本研究的 10 个品系并未出现较早熟现象遥对农艺性状生长期指标进行分析遥 有些品系在猿 种不同盐碱度条件下袁各时期的株高或者叶绿素值变化幅度很小袁而有些变化幅度特别大袁这种现象与盐碱胁迫有关遥 在 10 个品系中袁有 90%在分蘖期和齐穗期的株高随着碱化度升高而降低曰 有 40%在分蘖期的叶绿素值随着碱化度升高而降低曰 对于齐穗期的叶绿素值袁有 50%在重度盐碱地最高袁另 50%在中度盐碱地最高遥 在齐穗期的叶绿素值比分蘖期的略低袁 这可能是因为盐碱胁迫导致叶绿素合成相关基因提前表达或表达量降低9袁也与品系的本身特性有关系袁有的品系抗盐碱性比较好袁那么在 猿 种不同盐碱度下指标值变化幅度就小袁 而有的抗盐碱性相对比较弱袁就可能在某些指标值上变化较大袁甚至出73-2023.8 试验研究现数值异常遥对农艺性状成熟期指标进行分析袁 分蘖数的整体趋势是盐碱性越强分蘖数越少遥 其原因是盐碱度越强袁 对水稻生长的抑制越强袁 那么分蘖数就比较少袁进而它的产量性状会受到明显的影响10遥 数据分析显示袁 成熟期的平均产量随着盐碱度的增强而下降袁 这个趋势与平均有效分蘖数和平均结实率的结果相一致遥 即在 pH 逐渐增加渊盐碱度增高冤的情况下分蘖数降低袁成熟期的有效分蘖数也自然会降低袁导致平均产量降低遥 10 个品系中有 8 个品系的成熟期产量都是随着盐碱度增高而降低袁 仅有品系 1 和品系 6 在中度盐碱土壤中的产量比在轻度里的高袁可能跟遗传因素有关遥在轻尧中尧重 3 个不同的盐碱度下袁水稻的每平方米穗数与对应产量的相关系数值分别为 0.42尧0.76 和0.44袁相关性总体较好遥另外袁水稻的有效分蘖数和对应产量的相关系数值分别为 0.81尧0.76 和0.44袁线性相关性总体较显著遥 当土壤碱化度 pH 分别为 8.97尧9.58 时袁10 个品系的有效分蘖数和对应产量之间有较好的线性拟合关系袁 可以建立决定系数2较高的线性回归模型遥 当土壤碱化度 pH 为 9.94时袁10 个品系的有效分蘖数和对应产量之间有较好的 3 次多项式拟合关系袁 可以建立决定系数2较高的三次多项式回归模型遥 对于这 10 个品系来说袁在相似的环境和管理条件下袁 所得的回归模型可作为不同品系成熟期产量估算的依据遥在 10 个水稻品系中袁品系 2尧品系 10 分别属于晚熟尧偏中早熟品种袁且产量较低曰品系 3 和品系 5 在重度碱化度下产量排在前 圆 位袁耐盐碱性较强遥 研究表明袁水稻随着土壤碱化度的增强袁会出现分蘖高峰期延迟尧分蘖数量减少尧抽穗期延长尧株高降低尧有效分蘖数减少等一系列变化袁 最终导致水稻产量严重下降遥 本研究结果可对寒地不同品系盐碱地水稻的产量估算提供研究基础袁同时袁为筛选和选育适合盐碱地土壤种植的水稻品系提供方法和依据遥参考文献1张俊华.氮素和盐碱胁迫下作物与土壤光谱特征研究M.银川院宁夏人民出版社袁2016.2新华社.2022 年中央一号文件渊全文冤EB/OL.2022-02-22.http:/ 68 页冤能提高其肥料利用率6遥3讨论与结论本试验结果表明袁 氮尧 磷尧 钾肥的施用量对早稻的株高尧 穗长尧 有效穗尧 生育期等性状有明显的影响袁 早稻氮肥施用量越多其生育期就越长遥 在本试验条件下袁 配方施肥氮尧 磷尧 钾肥料养分利用率分别是 25.07%尧11.54%尧20.51%袁与我国水稻的氮磷钾利用率渊分别为 30%耀50%尧10%耀25%尧30%耀60%冤相比仍有一定的提升空间遥 配方施肥肥料成本尧稻谷产量尧 净收入分别为 121.55 元/亩尧438.02 kg/亩尧284.74 元/亩袁 分别比习惯施肥降低 7.85 元/亩尧 增加 2.82 kg/亩尧 提高 14.84 kg/亩袁 配方施肥比习惯施肥节本增效 22.69 元/亩遥 配方施肥增产增收效果明显遥 配方施肥对于减少化肥投入尧降低生产成本尧提高水稻产量尧提高肥料养分利用率尧保护农田生态环境尧保障粮食安全具有重要意义遥参考文献1陈小虎袁刘青桂袁文明辉袁等.耒阳耕地M.长沙院湖南科学技术出版社袁2018.2古卫华袁曾敏清袁刘会生袁等.2020 年会昌县早稻化肥利用率田间试验J.现代农业科技袁2022渊3冤院9-11袁15.3张民生.福建云霄县早稻肥料利用率研究试验J.农业工程技术袁2020袁40渊29冤院18袁22.4吴凌云.福建省水稻肥料利用率试验结果初报J.农业科技通讯袁2020渊10冤院119-123.5王桂芳袁彭清顺.2019 年衡山县早稻肥料利用率试验初报J.南方农业袁2021袁15渊17冤院231-233.6方谋明.枞阳县早稻肥料利用率田间试验J.安徽农学通报袁2018袁24渊16冤院71-72.74-